(57)【要約】【課題】  ポップアウトを起こすことなく、従来混和使用されていた量より少ない使用量でも高い膨張量を発現し、コンクリート構造物等で見られる大規模な初期収縮によって発生するひび割れを始め、セメント系硬化体構造物の収縮ひび割れを抑制できる膨張性組成物及び膨張材を提供することを課題とする。【解決手段】  生石灰を有効成分とする膨張性組成物であって、粒径３００μｍを超える粒子含有率１質量％未満、粒径３００〜１５０μｍの粒子含有率７質量％未満、粒径１５０〜１０μｍの粒子含有率５５〜８０質量％および残部粒径１０μｍ未満の粒子からなり、且つ粒径９０μｍ以上の粒子含有率が１５質量％以上４０質量％未満である膨張性組成物。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
生石灰を有効成分とする膨張性組成物であって、粒径３００μｍを超える粒子含有率１質量％未満、粒径３００〜１５０μｍの粒子含有率７質量％未満、粒径１５０〜１０μｍの粒子含有率５５〜８０質量％および残部粒径１０μｍ未満の粒子からなり、且つ粒径９０μｍ以上の粒子含有率が１５質量％以上４０質量％未満である膨張性組成物。
【請求項２】
請求項１記載の膨張性組成物に石膏類又は石膏類とセメントを含有してなる膨張材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造物などに用いられるモルタル、コンクリート又はセメントペースト等のひび割れ抑制などのために混和使用される膨張性組成物および膨張材に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメントを結合相とするモルタル、コンクリート又はセメントペースト等の各種部材や建築物、とりわけコンクリート製の建築構造物の耐久性を向上するためには、硬化収縮に伴い発生するひび割れや乾燥収縮で発生する亀裂を抑制することが不可欠である。ひび割れ抑制の特に有効な手段は、膨張成分の混和使用である。このような膨張成分としては、生石灰を有効成分とするものと、例えばカルシウムサルホアルミネート等の水和反応を経てエトリンガイトを生成する物質を有効成分とするものに大別される。このうち、生石灰を有効成分とするものは、一般に、反応活性が高いため早期膨張発現性に優れ、また比較的大きな膨張量も期待できるため、特にコンクリートの大規模な初期収縮を抑制するには適している。
【０００３】
膨張成分はコンクリートやモルタルの単位容積あたりの混和使用量を増加するに連れ、より大きな膨張量を発現できるが、昨今では建築構造物の経済的負担を軽減するため、コストのかかる膨張成分の混和使用量を少なくする傾向にあり、より少ない混和量で所望の膨張量を発現できる材料が望まれている。生石灰を有効成分とする膨張物質では、水和反応活性を高めると、少ない使用量でも高い初期膨張が発現できる。水和反応活性を高めるには、生石灰含有粒子の比表面積（ブレーン）を大きくするのが簡便な手段である。また、生石灰粒径を大きくすることで、少ない使用量でもより大きな膨張量を発現させることができる。一方で、粒径が大きい生石灰含有粒子は、モルタルやコンクリート表面に内部の膨張圧によって部分的な飛び出し膨れ（ポップアウト）を生じさせ易い。ポップアウトの防止には最大粒径を特定の値に規定すると効果があることが知られている。（例えば、特許文献１〜２）
【特許文献１】特開２００７−１４５６７号公報
【特許文献２】特開２００８−２０１５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生石灰等の最大粒径を小さく規定することでポップアウトの発生を防ぐと、少ない混和使用量では高膨張が発現され難くなり、また初期膨張量も低迷するため、特にコンクリート構造物で見られる大規模な初期収縮を十分防ぐのが困難になる。本発明は、ポップアウトを起こすことなく、従来混和使用されていた量より少ない使用量でも高い膨張量を発現し、コンクリート構造物等のセメント系硬化体構造物の収縮ひび割れを抑制できる膨張性組成物及び膨張材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者等は、前記課題解決のため検討を重ねた結果、膨張量が大きく、特に初期膨張発現性が高いものが得られることから生石灰を有効成分とし、且つ有効成分全体の粒度構成を特定のものにすることによって、従来の生石灰系の膨張物質よりも少ない混和使用量としても、当該従来品と遜色の無い膨張性能を発現する能力を有しつつ、ポップアウトが十分抑制された膨張性組成物が得られるという知見を得、本発明を完成するに至った。
【０００６】
即ち、本発明は、生石灰を有効成分とする膨張性組成物であって、粒径３００μｍを超える粒子含有率１質量％未満、粒径３００〜１５０μｍの粒子含有率７質量％未満、粒径１５０〜１０μｍの粒子含有率５５〜８０質量％および残部粒径１０μｍ未満の粒子からなり、且つ粒径９０μｍ以上の粒子含有率が１５質量％以上である膨張性組成物である。
【０００７】
また、本発明は、前記の膨張性組成物に石膏類又は石膏類とセメントを含有してなる膨張材である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による膨張性組成物及び膨張材は、従来の生石灰系膨張材料よりも少ない混和使用量（例えば１５ｋｇ／ｍ3）でも水和後早期に高い膨張量の発現が可能であるため、特にコンクリート構造物で見られる大規模な初期収縮を十分防ぐことができる。しかもポップアウトの発生が十分抑制されているため、硬化後のモルタルやコンクリート表面も概して滑らかな美観を奏する状態になり易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の膨張性組成物は、生石灰を有効成分とするものであり、生石灰の水和による体積増加によって膨張作用が発現されるものである。膨張性組成物中の生石灰は、比較的大きな膨張量を発現できることから、遊離生石灰で存在するのが好ましい。より好ましくは、低混和使用量でも高い膨張量が得られ易いことから遊離生石灰含有量が５０質量％以上のものとする。本発明の膨張性組成物は、遊離生石灰以外の成分を含有するものでも良い。遊離生石灰以外の含有成分は、本発明の膨張効果に支障を及ぼすことなくモルタルやコンクリート等に含有できるものならば特に限定されない。具体的にはカルシウムアルミネート（Ｃ３Ａ）、カルシウムシリケート（Ｃ３Ｓ）、アーウィンなどを例示できるが、これらに限ったものではなく、更には例えばアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物などの通常の製造操作では不可避的な不純物が混在していても良い。一般にこれらの成分は、本発明の膨張性組成物を、例えば原料の高温加熱によって遊離生石灰を含む焼成物として得ようとする場合に、遊離生石灰と共存生成する相である。尚、本発明の膨張性組成物の製造方法は前記製法に限定されるものではなく何れの方法でも良いが、前記製法であれば硬焼して得たものの方が高い膨張作用が得られるので好ましい。
【００１０】
また、本発明の膨張性組成物は、前記のような有効成分であって、以下のような特定の粒度構成のものである。即ち、本発明の膨張性組成物は、粒径３００μｍを超える粒子含有率が１質量％未満（０質量％を含む。）とし、好ましくは０．５質量％未満、より好ましくは無含有とする。粒径３００μｍを超える粒子含有率が１質量％を超えると、ポップアウトが起こり易くなるので好ましくない。粒径３００〜１５０μｍの粒子含有率は７質量％未満（０質量％を含む。）とする。粒径３００〜１５０μｍの粒子含有率が７質量％を超えるとコンクリートやモルタルの表面が粗くなり過ぎるため、表面仕上げに手間がかかる他、美観も損ない、また施工温度等の環境条件によってはポップアウト発生も懸念されるので好ましくない。粒径１５０〜１０μｍの粒子含有率は５５〜８０質量％とする。粒径１５０〜１０μｍの粒子含有率が５５質量％未満では、相対的に粒径１０μｍ未満の微粒分の含有割合が増え、膨張に実質寄与しない粒子が多くなって膨張量が低下する他、風化抵抗も低下するので好ましくない。粒径１５０〜１０μｍの粒子含有率が８０質量％を超えると、構成粒子全体の粒度分布パターンが鋭利なものとなり過ぎて、モルタルやコンクリート混練物の均一性や施工性に支障を及ぼすことがあるので好ましくない。粒径１０μｍ未満の粒子は、前記の１０μｍ以上の粒子の含有量を除いた残りの量を含有量とし、好ましくは少なくとも５質量％程度は含有するのが良い。
【００１１】
本発明の膨張性組成物は生石灰を有効成分とし、前記のような粒度構成（粒度分布）からなるものであって、且つ含有粒子中の粒径９０μｍ以上の粒子が占める割合が１５質量％以上４０質量％未満とする。粒径９０μｍ以上の粒子が１５質量％未満では、水和反応活性が高くなり過ぎ、セメント等の水硬性結合相が凝結する前に膨張力が発現されてしまう虞があって、硬化収縮や乾燥収縮を十分抑制できないので好ましくない。また、粒径９０μｍ以上の粒子含有率が１５質量％を超えると、早期膨張発現性が低下するため例えばコンクリートの大規模な初期収縮を十分抑制できずひび割れを生じる虞があるので好ましくない。
【００１２】
また、本発明の膨張材は、前記の膨張性組成物と石膏類を含有したもの、又は前記の膨張性組成物と石膏類とセメントを含有したものの何れかである。石膏類は膨張性能の調整作用を有する他、例えば５℃程度の低温下での強度発現性向上作用と長期的な乾燥収縮抑制作用を有する。石膏類としては、無水石膏、半水石膏又は二水石膏の何れでも、またこれらの何れか二種以上を使用しても良い。好ましくは前記作用を比較的安定に発現できることから無水石膏が良く、特にＩＩ型無水石膏が好ましい。石膏類はブレーン比表面積３０００ｃｍ2／ｇ以上のものが良好な反応活性を呈し、所望の作用が得られるので望ましい。ブレーン比表面積の上限値は特に制限されないが、経済性と反応活性向上度の傾向を鑑みおよそ１５０００ｃｍ2／ｇが適当である。本膨張材中の石膏類の含有量は特に限定されないが、前記の膨張性組成物１００質量部に対し、３〜２０質量部が好ましい。３質量部未満では所望の含有作用が実質得られず、また２０質量部を超えると膨張性組成物の含有量が相対的に低下するため所望の膨張量が得難くなり適当ではない。
【００１３】
本発明の膨張材に含有するセメントは特に限定されないが、好ましくは早強又は超早強ポルトランドセメントが初期〜中期のモルタルやコンクリートの水和過程で強度発現性に大きく寄与するＣ３Ｓ含有率が高いことから推奨される。一方、凝結が遅延化する低熱ポルトランドセメントや高炉セメントは、強度発現性が遅くなるため初期収縮が大きいコンクリート用などの膨張材には適当でない。本膨張材ではセメントは前記石膏類と併用して含有され、発現される膨張量の調整と膨張性組成物に対する水和反応の調整等の作用を付与する。セメントの含有量は特に限定されない。好ましくは、前記の膨張性組成物１００質量部に対し、石膏類５〜１５質量部と併用でセメント５〜２０質量部含有するものとする。セメント５質量部未満の含有では含有効果が実質見られない。またセメント２０質量部を超える含有では膨張性組成物の含有量が相対的に低下するため所望の膨張量が得難くなり適当ではない。
【００１４】
本発明の膨張材は、前記の膨張性組成物、石膏類及びセメント以外の成分も本発明の効果を実質消失させない限り、含有するものであっても良い。このような成分として例えばモルタルやコンクリートに使用できる減水剤類（減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤、高性能ＡＥ減水剤、分散剤など）、収縮低減剤、凝結調整剤等が挙げられる。
【００１５】
本発明の膨張性組成物は、セメント等の水硬性無機粉体に直接混和したものとして使用できる他、セメントを結合相形成成分とするモルタル、コンクリート又はセメントペーストなどに対して、単位量で約１０〜２０ｋｇ／ｍ3の低添加量で混和使用しても所望の膨張性を十分発現可能である。また、本発明の膨張材も本発明の膨張性組成物と概ね同程度の低使用量でモルタルやコンクリートに混和しても所望の膨張性を発現できる。
【実施例】
【００１６】
［膨張性組成物の作製］
表１に表す原料からなる乾式混合物を、電気炉で焼成温度１３００℃で約１時間加熱保持した後、当該温度から炉内自然放冷し、容重１．６５ｇ／ｃｍ2の焼成塊を得た。該焼成塊の生成相を粉末Ｘ線回折で内部標準法（内部標準物質；高純度ケイ素）により調べた結果、遊離生石灰；６２．２質量％、Ｃ３Ｓ；２２．８質量％、ＣａＳＯ4；４．５質量％、フェライト（Ｃ４ＡＦ）；３．４質量％、カルシウムアルミネート（Ｃ３Ａ）；２．２質量％、その他２．１質量％であった。この焼成塊をピンミル粉砕機で粉砕し、セパレーターで分級して粒度調整を行うことにより表２で表す粒度構成からなる膨張性組成物（本発明品；Ａ１〜Ａ３、参考品；Ｂ１〜Ｂ５）を作製した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
【表２】
2010105870.tif 000003
【００１９】
［膨張材の作製］
前記の膨張性組成物（Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ５）、ＩＩ型無水石膏（ブレーン比表面積約７１００ｃｍ2／ｇ）、早強ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）から選定される材料を用い、表３の配合となるようボールミルで乾式混合し、膨張材（本発明品；Ｅ１〜Ｅ５、参考品；Ｆ１〜Ｆ５）を作製した。
【００２０】
【表３】
2010105870.tif 000004
【００２１】
［評価用コンクリートの作製］
前記作製の組成物Ａ１、前記作製の膨張材（Ｅ１〜Ｅ５、Ｆ１〜Ｆ５）、市販の低添加型生石灰系膨張材（太平洋マテリアル株式会社製。Ｆ６と略記する。）、市販の低添加型エトリンガイト・石灰複合系膨張材（電気化学工業株式会社製。Ｆ７と略記する。）、細骨材（小笠産陸砂）、粗骨材（岩瀬産砕石）、リグニンスルホン酸系ＡＥ減水剤（ＢＡＳＦポゾリス（株）四は会社製）、普通ポルトランドセメント（太平洋セメント株式会社製）および水から選定される材料を用い、表４で表す配合となるよう強制パン型ミキサで混練し、コンクリート混練物を作製した。
【００２２】
【表４】
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【００２３】
［特性の評価］
前記作製したコンクリート混練物に対し、次のような特性評価を行った。各評価結果も表４に纏めて表す。
（１）膨張性能評価；ＪＩＳ  Ａ  ６２０２コンクリート用膨張材付属書２に記載された拘束膨張及び収縮試験方法（Ａ法）に準拠した方法で材齢７日のコンクリート拘束膨張率を測定し、日本土木学会「膨張コンクリートの施工指針」に規定の基準である材齢７日のコンクリート拘束膨張率：１５０〜２５０×１０-6に充当するものであるかで評価。
（２）強度評価；強度試験に供する供試体の作製は、ＪＩＳ  Ａ  １１３２に準拠した方法により、強度測定はＪＩＳ  Ａ  １１０８コンクリートの圧縮強度試験方法に基づいて測定した圧縮強度を測定し、膨張材又は膨張性組成物の何れも混和されていないコンクリート（表４の比較例１に相当）の圧縮強度（Ｘ）に対する各コンクリートの圧縮強度（Ｙ）の比（Ｙ／Ｘ）で表す。
（３）コンクリート硬化体の表面状態（肌面）評価；コンクリート混練物を内寸１００×１００×４００ｍｍの型枠に流し込み成形したものを材齢７日目までは水中養生、それ以降は材齢２８日まで常温気中養生（湿度７０％）したコンクリート硬化成形体表面を目視で観察し、また指による触感で、ポップアウト痕や（発疹様突起発生による）肌面荒れがあるか否かで評価し、何れも見られなかったもののみを「無」とした。
【００２４】
表４から、本発明の組成物（Ａ１）を添加したコンクリート及び本発明の膨張材（Ｅ１〜Ｅ５）を混和したコンクリートは、単位コンクリート体積あたり１０〜１８ｋｇ／ｍ3の従来行われていたよりも低い添加量（混和量）でも、何れも日本土木学会基準を充当する拘束膨張率が得られ、しかもポップアウトや肌面荒れも無かったことがわかる。これに対し、本発明から外れる膨張材を添加したコンクリートは、ポップアウトや肌面荒れが見られる（Ｆ１およびＦ２）か、単位あたり１２〜１７ｋｇ／ｍ3の低添加量（混和量）では日本土木学会基準を充当する拘束膨張率は得られず、下回る値となった。（Ｆ３〜Ｆ７）